针对均匀间隙磁流变制动器制动力矩较低、制动效率低的问题,根据磁流变液挤压增强效应原理,设计了偏心式磁流变制动器,建立了偏心式磁流变制动器制动力矩模型;分析了工作间隙、偏心率及偏心距对制动力矩的影响规律,基于Sobol法对制动器结构尺寸参数进行全局灵敏度分析,以偏心制动器制动力矩为目标进行了结构尺寸优化。结果表明,偏心率对制动力矩影响最大,且偏心制动器制动力矩随偏心率增大而增大;偏心率从ε=0.1到ε=0.2变化时,制动力矩从38.3 N·m提升到51.9 N·m;偏心距对制动力矩影响较弱,且制动力矩随偏心距的增大而减小,在偏心距e大于1后,影响效果不明显;优化后的偏心制动器制动力矩达到86.3 N·m,较优化前提高了约35.27%;在磁流变液达到磁饱和时,偏心结构对制动器制动力矩提升约7.57%。

以多极式结构的磁流变制动器为研究对象,研究线圈参数(线圈数量、线圈电流)对其制动力矩以及能耗的影响。基于电磁场基本理论,建立了多极式磁流变制动器的磁路模型,计算了主要磁路的磁场强度;利用COMSOL有限元分析软件和BOBYQA优化方法,进行结构优化设计与仿真。结果表明,三种方案磁流变液间隙的磁通密度计算和仿真的差值分别为8.33%、13.16%、4.41%。线圈与定子数量相同时制动器的功率密度(T/P)较大,且随着电流的增大,功率密度逐渐减小。总结出线圈布置方式对多极式磁流变制动器性能的影响,为磁流变制动器的发展提供参考。

针对航空航天等领域薄壁件难装夹所引起的加工精度问题,设计了一套磁流变液柔性夹具,结合磁流变液固化特性,通过提高弱刚度结构辅助支撑的强度,考虑磁场强度及位置等对工件刚度影响的关键要素,采用Maxwell进行磁场仿真并进行案例实验验证。实验测试了磁场大小、剪切应力和铣削力等关键数据,研究与分析了三者之间的作用关系,发现磁场强度越大,剪切应力越大而铣削力越小。通过与传统夹具对比,发现磁流变液夹可提高装夹性能,其中有MRF时加速度值为0.29g,与无MRF对比降低了82.4%,加工时振动明显减小;无MRF与有MRF对比同心度值降低38.5%。相关成果为航空航天领域薄壁件加工装夹技术提供支撑。

基于圆筒式磁流变制动器的结构及工作原理,建立考虑壁面滑移效应的平行壁板微观传力模型,推导了壁面滑移速度及壁面滑移层厚度的计算式,进而建立了考虑壁面滑移效应的磁流变液剪切屈服应力模型;根据剪切屈服应力和壁面摩擦力的数学模型及制动原理建立制动力矩和制动时间模型,对制动器制动特性进行分析。结果表明:壁面滑移影响磁流变液的制动力矩和制动时间,当其他条件一定时,随磁场强度增大制动力矩逐渐增大、制动时间缩短,制动器制动性能受壁面滑移效应影响逐渐减弱,达到磁饱和后壁面滑移效应对制动性能的影响非常微弱;在一定的外加磁场下,磁性颗粒的体积分数、颗粒半径影响屈服层的厚度进而影响壁面滑移效应。

薄壁零部件在航天、汽车、轮船等方面有着广阔的运用前景,但其低刚度、结构复杂、难以夹持也一直困扰着机械制造业。因此本文针对薄壁零部件的结构特点,设计一款基于磁流变效应、可柔性调控的辅助装夹装置。通过有限元仿真分析了不同参数对装置工作间隙内的磁感应强度的影响规律。而后通过试验对装置内的磁感应强度进行测试。试验与仿真结果表明,装置设计符合需求。

为了研究磁性颗粒在磁场作用下的不均匀分布对磁流变液力学性能的影响,通过卡方分布来模拟磁性颗粒的间距分布,对现有的磁流变液微观力学模型进行修正,并通过磁流变阻尼器的力学性能试验验证了模型的有效性。在磁流变液双链微观力学模型的基础上,修正相邻磁性颗粒的间距完全相等且不随磁感应强度而变化的假设,采用卡方分布来表征磁性颗粒间距的不均匀分布,并引入分布参数来描述磁性颗粒间距随磁感应强度的变化关系,推导了考虑磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型;基于修正的微观力学模型,分析了分布参数对磁流变液剪切屈服应力的影响;将该文提出的磁流变液修正微观力学模型带入到磁流变阻尼器的准静态模型中,可以得到不同电流下的阻尼器最大出力,并与磁流变阻尼器力学性能试验数据进行对比来验证所提模型的有效性...

为解决单一圆筒式磁流变液离合器转动转矩过小的问题,提出了一种电热形状记忆合金驱动的圆筒-圆盘式磁流变液传动方法,利用形状记忆合金的热驱动特性使磁流变液的工作间隙由单一圆筒变成圆筒-圆盘多工作间隙,提高了传动性能;基于形状记忆效应,得出了电热形状记忆合金推力与温度的关系;通过磁场有限元分析,得出了圆筒-圆盘磁流变液传动装置的磁场强度及分布情况;基于Bingham模型,得出了磁流变液传动转矩与磁场强度、结构尺寸等参数的关系。研究结果表明:圆筒-圆盘式磁流变液传动装置传递的转矩比单一的圆筒式磁流变液传动装置传递的转矩提升了42%。

磁流变液剪切屈服应力是影响薄壁构件柔性装夹性能的重要指标,为提升磁流变液柔性夹具稳定可靠的装夹性能,通过试验对比方法,研究了添加剂、磁场强度、体积分数、温度等因素对水基和油基磁流变液剪切应力的影响。结果表明:对于油基磁流变液,硬脂酸添加剂能有效提高磁流变液的沉降性能;当磁场强度大于300mT时,硬脂酸添加剂使得磁流变液的剪切屈服应力有所下降;当磁场强度为600mT时,体积分数为40%的水基磁流变液的剪切屈服应力较油基磁流变液增大了37%;磁流变液的零磁场黏度和剪切应力与其体积分数呈正相关,磁场强度对磁流变液剪切应力的影响强于体积分数对磁流变液剪切应力的影响。体积分数为48%以上的油基磁流变液更适合用于薄壁构件的柔性夹具设计。

分别设计了中间层结构为磁流变液（MRF）和磁流变弹性体（MRE）的两种磁流变夹层梁结构;搭建振动响应性能测试台,在外加局部磁场和不同磁场区域的条件下对MRF夹层梁和MRE夹层梁的固有频率和动态响应特性进行了测试及对比分析。实验结果表明,随着外加局部磁场强度的增大,MRF和MRE夹层梁的固有频率均呈下降趋势;随着磁场区域从夹层梁的固定端移动到自由端的过程中,MRF和MRE夹层梁的固有频率同样呈趋势下降;且MRE夹层梁的固有频率下降幅度比MRF夹层梁的要大。

日益引人注目的磁流变液──许多实际应用中，在强度和稳定性方面磁流变液忧于电流变液（美）Ｊ·戴维·卡尔松在过去的十年中，可控制液体由于能够提供没有移动部件的问、低廉的可控制减振器和离合器，引起了广泛注意。这些材料的关键就是具有这种性能：当处于电场或磁场...